Қазіргі заманғы географиялық ақпарат алу құралдары

1.

Қазіргі заманғы географиялық
ақпарат алу құралдары
СОӨЖ — Студенттің өзіндік жұмысы
Орындаған: Асель Ернур
География және геоинформатика кафедрасы

2.

Географиялық ақпарат дегеніміз не?
Географиялық ақпарат — Жер бетіндегі нысандардың, құбылыстардың және процестердің орналасуы, қасиеттері және өзара байланыстары туралы деректер жиынтығы. Бұл ақпарат кеңістіктік координаттармен байланысты болып, карталар, сандық модельдер және
географиялық жүйелер арқылы бейнеленеді. Географиялық ақпарат табиғи (рельеф, климат, өзендер) және әлеуметтік-экономикалық (халық, қалалар, инфрақұрылым) сипаттамаларды қамтиды.
Қазіргі заманда географиялық ақпаратты жинау, өңдеу және талдау үшін заманауи технологиялар — жерсеріктер, GPS, ГАЖ, дрондар және қашықтан зондтау жүйелері — кеңінен қолданылады. Бұл құралдар географиялық зерттеулердің дәлдігін арттырып, деректерді жылдам
жинауға және талдауға мүмкіндік береді. Географиялық ақпараттың маңыздылығы оның кеңістіктік сипатында: ол тек «не» болғанын ғана емес, «қайда» және «қашан» болғанын да көрсетеді.
Жинау
Өңдеу
Карта
Талдау
Жоғарыдағы схема географиялық ақпараттың негізгі ағымын көрсетеді: алдымен деректер жерсеріктер, GPS, дрондар сияқты құралдар арқылы жиналады, содан кейін ГАЖ бағдарламаларында өңделіп, карталарға түсіріледі және соңында мақсатты талдау жүргізіледі.
Негізгі белгілер
Ақпарат түрлері
Кеңістіктік сипатқа ие — координаттармен байланысты
Уақыт бойынша өзгеруі мүмкін — динамикалық сипат
Тақырыптық мазмұны бар — табиғи немесе әлеуметтік
Сандық немесе сапалық формада болады
Табиғи географиялық ақпарат: рельеф, климат, су, топырақ, өсімдік жамылғысы
Әлеуметтік-экономикалық: халық саны, қалалар, инфрақұрылым, шаруашылық
Экологиялық: ластану деңгейі, табиғи апаттар, қоршаған орта өзгерістері
Саяси-әкімшілік: шекаралар, мемлекеттер, әкімшілік бірліктер

3.

Қазіргі географиялық ақпарат алу құралдары
Қазіргі география ғылымы ақпаратты жинау, өңдеу және талдау үшін жоғары технологиялық құралдарды пайдаланады. Бұл құралдардың әрқайсысы өзіндік артықшылықтарға ие және нақты міндеттерді шешуге бағытталған. Төменде негізгі құралдардың қысқаша сипаттамасы
берілген.
Жоғарыдағы инфографикада географиялық ақпарат алу құралдарының орталық концепцияға қатынасы көрсетілген. Әрбір құрал белгілі бір міндетті шешуге бағытталған: GPS/GNSS нақты координаттар мен навигацияны қамтамасыз етеді; ГАЖ (GIS) кеңістіктік талдау және
карталауға арналған; жерсеріктер ғарыштан үздіксіз бақылау жүргізеді; дрондар ауадағы жоғары дәлдіктегі түсірілімді орындайды; қашықтан зондтау спектрлік талдау арқылы жер бетінің қасиеттерін анықтайды; аэрофототүсірілім жоғары ажыратымдылықтағы суреттер береді;

4.

Жерсеріктер — Ғарыштан бақылау
Жерсеріктер — Жер бетін ғарыштан бақылауға арналған аппараттар. Олар оптикалық, инфрақызыл және радарлық датчиктер арқылы
жер беті туралы ақпарат жинайды. Жерсеріктер бірнеше түрге бөлінеді: геостационарлық (бір нүкте үстінде тұрақты тұрады, ауа райын
бақылауға ыңғайлы), полярлық орбиталы (бүкіл Жер шарын қамтиды, жер бетін толық сканерлейді) және төмен орбиталы (жоғары
ажыратымдылықтағы суреттер береді).
Жерсеріктік суреттер экологияны, ауыл шаруашылығын, қалалардың өсуін, табиғи апаттарды және климат өзгерістерін зерттеуге
мүмкіндік береді. Мысалы, Landsat жерсерігі 1972 жылдан бері үздіксіз жұмыс істеп, Жер бетінің өзгерістерін тіркейді. Sentinel
жерсеріктері Еуропалық ғарыш агенттігінің бағдарламасы аясында экологиялық мониторинг жүргізеді.
Негізгі жерсеріктер:
Landsat (АҚШ) — 1972 жылдан бері жер бетін бақылайды, 30 м ажыратымдылық
Sentinel (ЕО) — экологиялық мониторинг, Copernicus бағдарламасы
SPOT (Франция) — жоғары ажыратымдылықты суреттер
WorldView (АҚШ) — коммерциялық жоғары дәлдіктегі суреттер
Ресей жерсеріктері — «Ресурс», «Канопус-В» сериялары
Қызықты факт: NASA-ның Terra және Aqua жерсеріктері Жер бетін күніне 2 рет толық сканерлейді. Бұл жерсеріктер MODIS сенсоры арқылы өсімдіктердің жағдайын, мұхит температурасын және атмосфераның құрамын бақылайды. Жерсеріктердің биіктігі әдетте
600–800 км аралығында болады, ал геостационарлық жерсеріктер 36 000 км биіктікте орналасады.

5.

GPS және GNSS жүйелері
GPS (Global Positioning System) — АҚШ-тың жерсеріктік навигациялық жүйесі. GNSS (Global Navigation Satellite System) — барлық жерсеріктік навигация жүйелерінің жалпы атауы. Бүгінгі таңда бірнеше GNSS жүйесі жұмыс істейді: GPS (АҚШ), ГЛОНАСС
(Ресей), Galileo (Еуропа) және BeiDou (Қытай). Қазақстан аумағында GPS және ГЛОНАСС жүйелері кеңінен қолданылады, ал Galileo жүйесі де дамып келеді.
Жерсерік
сигнал
жібереді
Сигнал
қабылданады
Уақыт
айырмасы
есептеледі
Координатта
р
анықталады
GPS жұмыс принципі: кемінде 4 жерсеріктен сигнал қабылданады, сигналдың жүру уақыты өлшенеді және триангуляция әдісі арқылы нақты координаттар есептеледі. Дәлдік бірнеше метрден бірнеше сантиметрге дейін болуы мүмкін — бұл қолданылатын
технологияға байланысты. Қазіргі смартфондарда GPS қабылдағыштары орнатылған, сондықтан кез келген адам өз координаттарын оңай анықтай алады.
GPS қолданылуы
GNSS жүйелері
Автомобиль навигациясы
Авиация және теңіз навигациясы
Геодезия және картография
Ауыл шаруашылығы (дәл егіншілік)
Спорт және туризм
Логистика және тасымалдау
GPS — АҚШ, 24+ жерсерік, дәлдік 5–10 м
ГЛОНАСС — Ресей, 24 жерсерік
Galileo — ЕО, 30 жерсерік, дәлдік 1 м
BeiDou — Қытай, 35+ жерсерік
IRNSS — Үндістан, аймақтық жүйе

6.

ГАЖ (GIS) — Географиялық ақпараттық жүйе
Географиялық ақпараттық жүйе (ГАЖ/GIS) — кеңістіктік деректерді жинау, сақтау, талдау және карталарда бейнелеуге арналған компьютерлік жүйе. ГАЖ бірнеше ақпарат қабатын (слой) біріктіріп, күрделі кеңістіктік талдау жүргізуге мүмкіндік береді. Мысалы, бір аймақтың
картасында жолдар, өзендер, ғимараттар, халық тығыздығы және табиғи нысандар бір уақытта көрсетілуі мүмкін. Қазіргі таңда ГАЖ қала жоспарлау, экология, логистика, денсаулық сақтау және білім беру салаларында кеңінен қолданылады.
ГАЖ қабаттары (Слои)
ГАЖ-да әрбір ақпарат түрі жеке қабат ретінде сақталады. Қабаттарды қосу немесе алып тастау арқылы карта мазмұнын икемді
басқаруға болады. Мысалы, қала жоспарлаушысы жолдар, ғимараттар және жасыл аймақтар қабаттарын біріктіріп, жаңа тұрғын үй
кешенін жоспарлай алады.
Жолдар және инфрақұрылым
Көше желісі, темір жолдар, көпірлер
Су нысандары
Өзендер, көлдер, бөгендер
Ғимараттар
Тұрғын үй, коммерциялық нысандар

7.

Дрондар және аэрофототүсірілім
Дрондар (ұшқышсыз ұшу аппараттары — ҰҰА) және аэрофототүсірілім — қазіргі географияның ең жылдам дамып келе жатқан бағыттары. Дрондар жер бетін
жоғары ажыратымдылықта суретке түсіруге, 3D модельдер жасауға және нақты уақытта мониторинг жүргізуге мүмкіндік береді. Аэрофототүсірілім ұшақ немесе
тікұшақ арқылы үлкен аумақтарды түсіруге арналған дәстүрлі әдіс болып табылады. Дрондар мен аэрофототүсірілімнің айырмашылығы — дрондар арзан, икемді
және төмен биіктіктен жоғары дәлдікте сурет бере алады, ал аэрофототүсірілім үлкен аумақтарды бір рейсте қамтуға мүмкіндік береді.
Ауыл шаруашылығы
Картография және құрылыс
Табиғатты бақылау
Егін алқаптарын бақылау, өнімділікті бағалау, суару
жүйелерін тексеру. Дрондар арқылы өсімдіктердің
денсаулығын NDVI индексі арқылы анықтауға
болады.
Жаңа карталар жасау, құрылыс алаңдарын бақылау,
3D модельдер жасау. Дрондар арқылы алынған
деректер ГАЖ-ға тікелей жүктеледі.
Орман жағдайын бақылау, жануарлар популяциясын
санау, экологиялық мониторинг. Дрондар қол
жетпейтін аймақтарды зерттеуге мүмкіндік береді.
Аэрофототүсірілім мүмкіндіктері
Дрон түрлері
Жоғары ажыратымдылықты суреттер (5–30 см/пиксель)
Стереофотограмметрия арқылы рельеф моделін жасау
Үлкен аумақтарды жылдам қамту
Тарихи карталармен салыстыру мүмкіндігі
Мультироторлы — тік ұшу, тұрақты ұшу, қала ортасына ыңғайлы
Бекетті (fixed-wing) — ұзақ ұшу, үлкен аумақтарды қамту
Гибридті — екі артықшылықты біріктіреді

8.

Қашықтан зондтау және электрондық карталар
Қашықтан зондтау (Remote Sensing) — жер бетін тікелей жанаспай, жерсеріктер немесе ұшақтар арқылы зерттеу әдісі. Оптикалық, инфрақызыл, жылулық және радарлық диапазондарда деректер жиналады. Бұл әдіс арқылы ормандардың жағдайы, су қоймаларының деңгейі,
топырақтың ылғалдылығы және қалалық жылу аралдары зерттеледі. Қашықтан зондтау деректері ГАЖ жүйелерімен біріктіріліп, кешенді талдау жүргізуге мүмкіндік береді.
Қолданылу салалары
Орман мониторингі: орман кесу, өрттер, аурулар
Су ресурстары: көл деңгейі, су сапасы, тасқындар
Топырақ зерттеу: эрозия, ылғалдылық, ластану
Қала мониторингі: урбанизация, жылу аралдары
Ауыл шаруашылығы: егін жағдайы, өнімділік
Электрондық карталар
Электрондық карталар — сандық форматтағы интерактивті карталар. Олар компьютерде, смартфонда және планшетте қолданылады. Google Maps, 2GIS, Яндекс.Карталар, OpenStreetMap — ең танымал электрондық карталар. Қазақстанда 2GIS қалалық навигацияда, ал Google

9.

Құралдарды салыстыру кестесі
Төмендегі кестеде негізгі географиялық ақпарат алу құралдарының мүмкіндіктері, артықшылықтары және қолданылу салалары салыстырылған. Әрбір құралдың өзіндік
ерекшеліктері бар, сондықтан нақты міндетке қарай тиімді құралды таңдау маңызды.
Құрал
Не береді?
Артықшылығы
Қолданылуы
GPS / GNSS
Нақты координаттар, навигация
Жылдам, дәл, тегін, кез келген жерде жұмыс
істейді
Навигация, геодезия, логистика, спорт
ГАЖ (GIS)
Кеңістіктік талдау, карталау
Көп қабатты талдау, визуализация, шешім
қабылдау
Қала жоспарлау, экология, бизнес, мемлекеттік
басқару
Жерсеріктер
Ғарыштан бақылау, суреттер
Үлкен аумақ, үздіксіз бақылау, тарихи деректер
Ауа райы, экология, орман, мұхит, климат
Дрондар
Жоғары дәлдіктегі суреттер, 3D
Арзан, икемді, төмен биіктік, нақты уақыт
Ауыл шаруашылығы, картография, құрылыс,
мониторинг
Қашықтан зондтау
Спектрлік талдау, индекстер
Жасырын ақпарат, үлкен масштаб, тарихи
салыстыру
Орман, су, топырақ, қала, ауыл шаруашылығы
Аэрофототүсірілім
Жоғары ажыратымды суреттер
Дәлдік жоғары, үлкен аумақ, стерео модель
Картография, кадастр, құрылыс, археология
Электрондық карталар
Интерактивті навигация
Ыңғайлы, тегін, жаңартылады, офлайн режим
Күнделікті навигация, туризм, бизнес,
логистика
Маңызды: Қазіргі географиялық зерттеулерде бұл құралдар жиі бірге қолданылады. Мысалы, дрон суреттері ГАЖ-ға жүктеліп, GPS координаттарымен
байланыстырылады — бұл кешенді талдауға мүмкіндік береді.

10.

Қызықты фактілер
Географиялық технологиялар туралы қызықты және ғылыми дәлелденген фактілер:
GPS жерсеріктері
Landsat мұрағаты
Google Maps масштабы
GPS жүйесінде 24 негізгі жерсерік бар, олар
Жер бетінен шамамен 20 200 км биіктікте
орналасқан. Кез келген нүктеде кемінде 4
жерсерік көрінуі керек — бұл дәл
координаттарды анықтау үшін қажетті
минимум.
Landsat жерсерігі 1972 жылдан бері Жер
бетін бақылайды. Бұл — жер бетінің
өзгерістерін зерттеуге арналған әлемдегі
ең ұзақ мерзімді жерсеріктік мұрағат.
Барлық деректер тегін қолжетімді.
Google Maps әлемдегі ең үлкен карта
жобасы. Ол 220 ел мен аумақты қамтиды,
100 миллионнан астам километр жол
желісін көрсетеді және күн сайын 1
миллиардтан астам пайдаланушыға
қызмет көрсетеді.
ГАЖ қабаттары
Кәсіби ГАЖ жобаларында бір картада 50ден астам ақпарат қабаты болуы мүмкін.
Мысалы, қала жоспарлау картасында
жолдар, ғимараттар, коммуникациялар,
жасыл аймақтар, халық тығыздығы және
басқа да көптеген деректер бір уақытта
көрсетіледі.
Дрондар мен ауыл шаруашылығы
Дрондар арқылы алынған NDVI (өсімдік
денсаулығы индексі) карталары
фермерлерге егін алқабының қай бөлігінде
суару немесе тыңайтқыш қажет екенін
нақты көрсетеді. Бұл ресурстарды 30%-ға
дейін үнемдеуге мүмкіндік береді.

11.

— ҚОРЫТЫНДЫ
Қазіргі заманғы географиялық ақпарат алу құралдары Жер туралы мәліметтерді тез әрі дәл жинауға мүмкіндік береді.
Далалық зерттеулер нақты бақылау жасауға көмектессе, GPS/GNSS координаталарды анықтайды. Дрондар жоғары дәлдіктегі
суреттер береді, ал спутниктік қашықтан зондтау үлкен аумақтарды бақылауға мүмкіндік береді. GIS технологиялары жиналған
ақпаратты өңдеп, талдап және карта түрінде көрсетуге жағдай жасайды.
Қорытынды ой:
«Заманауи география – дәстүрлі зерттеу әдістері мен цифрлық технологиялардың өзара байланысына негізделеді.»